利用压力传感器实现液位控制系统的设计课程设计报告1

目录

一、前言 (4)

（一）概述 (4)

（二）发展前景 (4)

（三）设计思想 (4)

二、液位控制系统分析 (5)

（一）液位控制系统的工作原理 (5)

（二）液位控制的实现方式 (5)

1、简单的机械式控制方式 (5)

2、复杂控制系统控制方式 (5)

3、方案选择 (6)

三、液位控制系统的设计 (6)

（一）硬件设计 (6)

1、传感器的选用 (6)

2、放大器的选用 (7)

3、比较器的选用 (8)

4、三极管电子开关 (9)

5、继电器的选择 (10)

6、输出显示部分 (10)

（二）调试过程 (10)

1、液位控制系统模型框图 (11)

2、调试 (11)

五、遇到的问题分析 (11)

六、总结 (12)

参考文献 (12)

液位控制系统设计

一、前言

传感器技术是现代测量和自动化系统的重要技术之一,从宇宙开发到海底探秘,从生产的过程控制到现代文明生活,几乎每一项技术都离不开传感器。液位控制在多个领域都有使用，所以实现其自动化检测具有非常重要的意义。通过压力传感器实现液位控制系统，具有体积小，实际应用系统简单实用，成本低，效益好；具有较高的性能价格比；系统不易受到干扰，可靠性高等优势。

（一）概述

在各类传感器中压力传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定可靠、成本低、便于集成化的优点，可广泛用于压力、高度、加速度、液体的流量、流速、液位、压强的测量与控制。除此以外，还广泛应用于水利、地质、气象、化工、医疗卫生等方面。在该液位控制系统的设计方案中，所使用的传感器为六角测压测重传感器，将水重量产生的压强转化为电压值输出，通过对电压大小的控制，从而实现传感器在液位控制中的功能。（二）发展前景

由于该技术是平面工艺与立体加工相结合,又便于集成化,所以可用来制成血压计、风速计、水速计、压力表、电子称以及自动报警装置等。压力传感器已成为各类传感器中技术最成熟、性能最稳定、性价比最高的一类传感器。

国外液位控制系统的发展已相当成熟，我们国内也在朝着这方面努力，而且好多企业与国际接轨，有了不菲的成绩。比如单片机控制的智能型液位控制系统的运用等等。总的来说，发展方向有：

(1)高速化，高效化，低能耗。提高液位控制系统的工作效率，降低生产成本。

(2)机电液一体化。充分合理利用机械和电子方面的先进技术促进整个控制系统的完善。

(3)自动化、智能化。微电子技术的高速发展为液位控制系统的自动化和智能化提供了充分的条件。智能化不仅仅体现的在液位控制，应能够实现对系统的自动诊断和调整，具有与液面不接触的特点。

（三）设计思想

该课程设计是通过相关硬件组合调试实现对液位高度的控制，通过一系列的放大比较将模拟信号转化为数字化的信号，然后通过对数字信号的各种处理实现类比，将液位高度的变化通过数字信号的不同反映出来，显示结果，实现对液位高度的实时监控。

通过在水箱底部安装压电传感器，水箱水位高度发生变化时，引起水压强产生波动，然后传感器把水压转换成电压信号，经放大器放大后输送到电压比较器。经比较后的输出电压有高低两种电平，若为低电平则表明水位正常，高电平时启动接在后面的三极管电子开关，集电极继电器导通，电流流经发光二极管，从而实现水位的显示控制。

二、液位控制系统分析

（一）液位控制系统的工作原理

设计的组成：水位检测、水位控制、显示部分。

液位控制是基于自动控制的智能化系统，其主要组成部分包括：压电传感器，放大器，比较器，三极管电子开关，继电器等。其工作原理是：通过压电传感器将液体压力转换为电压信号进行输出，由于传感器转化灵敏度比较低，输出电压达不到比较要求，需加前置放大器，经放大后的信号与设定的参考电压一起输入比较器，通过对比较器输出电压的判断决定三极管是否导通，导通后的三极管集电极输出放大后的电流，流入继电器，当电流产生的磁场足够强时，可使继电器常开端闭合，显示灯亮，从而达到液位控制的目的。（二）液位控制的实现方式

对于液位进行控制的方式有很多，而应用较多的主要有2种，一种是简单的机械式控制装置控制，一种是复杂的控制系统控制方式。两种方式的实现如下：

1、简单的机械式控制方式

这种控制方式是通过在水桶的底部安装压电传感器，将液体压力转换为电压信号进行输出，由于传感器转化灵敏度比较低，输出电压达不到比较要求，需加前置放大器，经放大后的信号与设定的参考电压一起输入比较器，通过对比较器输出电压的判断决定三极管是否导通，导通后的三极管集电极输出放大后的电流，流入继电器，当电流产生的磁场足够强时，可使继电器常开端闭合，显示灯亮，从而达到液位控制的目的。

2、复杂控制系统控制方式

这种控制方式是通过安装在水泵出口管道上的压力传感器，把出口压力变成标准工业电信号的模拟信号，经过前置放大、多路切换、AD变换成数字信号传送到单片机，经单片机运算和给定参量的比较，进行PID运算，得出调节参量；经由DA变换给调压变频调速装置输入给定端，控制其输出电压变化，来调节电机转速，以达到控制水箱液位的目的。

工作过程如下：水箱(水塔)液位发生变化时，引起连接在水箱(水塔)底部的软管管内的空气气压变化，气压传感器在接收到软管内的空气气压信号后，即把变化量转化成电压信号；该信号经过运算放大电路放大后变成幅度为0～5 V标准信号，送入AD转换器，AD 转换器把模拟信号变成数字信号量，由单片机进行实时数据采集，并进行处理，根据设定要求控制输出，同时数码管显示液位高度。通过键盘设置液位高、低和限定值以及强制报警值。该系统控制系统特点是直观地显示水位高度，可任意控制水位高度。

3、方案选择

三、液位控制系统的设计

1、传感器的选用

传感器可使用SY一9411L—D型变送器，它内部含有1个压力传感器和相应的放大电路。压力传感器是美国SM公司生产的555—2型OEM压阻式压力传感器，其有全温度补偿及标定

(O～70℃)，传感器经过特殊加工处理，用坚固的耐高温塑料外壳封装。其引脚分布如图3所示。1脚为信号输出(一)；2脚为信号输出(一)；3脚为激励电压；4脚为地；5脚为信号输出(+)；6脚为信号输出(+)。

图3 SY-9411L-D型变送器引脚结构图

在水箱底部安装1根直径为5mm的软管，一端安装在水箱底部；另一端与传感器连接。水箱水位高度发生变化时，引起软管内气压变化，然后传感器把气压转换成电压信号，输送到放大器。